长江中游暖切变型暴雨的分析研究

利用中国暴雨试验(CHeRES)期间的外场试验加密观测资料和1°×1°的NCEP(National Center for Environmental Prediction)再分析资料对2002年6月18~19日长江中游的一次暖切变型强降水过程进行了诊断分析,该暖切变及其环境条件很有特色。结果表明:这次长江流域暖切变线是一个较为浅薄的系统,尽管系统并不深厚,但它具有明显的突发性和局地性,且引发了该地区的强降水;卫星TBB(Black Body Temperature)资料和多普勒雷达资料揭示,沿暖切变上形成的多个β中尺度对流系统是这次暴雨的直接制造者;该暖切变线和高空急流在长江流域产生的低空辐合与高空辐散配置,为暴雨的产生提供了非常有利的大尺度环境;此外,低空急流在本次过程中也有重要的影响,不但给暴雨区输送了足够的水汽,使暖空气明显向北推进,还对不稳定能量的增强和维持起了重要的作用;不稳定能量的释放对中尺度对流系统的发展亦有重要贡献。在研究工作的基础上提出了该暖切变暴雨的概念模型。最后,对暖切变暴雨类型的多样性做了讨论。     

三维变分系统在我国夏季降雨预测中的应用试验

采用MM5模式及其三维变分系统(MM5/3DVAR)对我国夏季降雨进行了一个月的连续预测试验,并对试验结果进行评估.试验中首先采用"National Meteorological Center(NMC)"方法,将2005年8月的MM5模式的预测结果形成与试验区域和水平分辨率相匹配的背景误差场,并将其与全球背景误差场进行了对比分析,结果表明,采用2005年8月MM5模式预报结果生成的背景误差场的基本特征与系统提供的全球背景误差场相似,且长度尺度随着水平分辨率的提高而减小.之后,分别利用NCEP再分析资料(NCEP试验)、NCEP再分析资料基础上采用CRESSMAN方法分析观测资料(LITT试验)和NCEP再分析资料基础上采用3DVAR系统同化观测资料(3DVAR试验)形成模式预报初始场,再次对2005年8月降雨进行逐日连续预报.逐日降雨预报结果表明,相对NCEP试验,LITT试验中1 和10 mm的预报评分有明显提高,但 25 和 50 mm的预报评分却有所下降,而3DVAR试验的预报评分在10 mm以上均有明显提高.对于降雨期间的形势场预报,3个试验中,除温度场和湿度场外,其他变量场的均方根误差随高度增加而增加,但相比而言,3DVAR试验的均方根误差小于其他2个试验.3DVAR试验对降雨的明显改进,可能是因为其对与背景场信息差别比较大的反应中尺度系统的观测资料的分析结果比较靠近观测资料.     

一次引发暴雨的东北低涡的涡度和水汽收支分析

对2005年7月25～29日引发较大范围持续性暴雨的东北低涡的结构、涡度和水汽收支进行了分析研究,结果表明:1)东北低涡是一个较深厚的冷性涡旋.初期,气旋性涡度出现在对流层中层,然后向中低层及高层伸展.而低涡加强阶段,气旋性涡度在对流层高层增加得最快,并逐渐向中低层传播,诱发地面气旋的发展;由于高低空锋生的相互作用,在低涡南部形成了深厚的近乎垂直的低层略前倾的"弓形"锋区.2)对涡度收支的计算表明,水平涡度平流项和水平辐散项对低涡的发展、加强起到最主要的作用.但在不同阶段,这两项的作用和大小各不相同.3) 对流层高层位涡大值区在低涡东部向下传播,有利于低涡的发展加强,与低涡暴雨的落区位置较为接近.此外对卫星云顶亮度温度(TBB)的分析,发现低涡暴雨典型的涡旋云带中对流活动旺盛的地区与局地暴雨的位置对应.4) 低涡暴雨的水汽初期主要来自北部,随着低纬地区西南季风的增强,沿副高西侧从低纬到中高纬建立起一条较强的水汽输送带,东北地区水汽收支以南北向的辐合为主.5)将2005年和1998年夏季6～8月的东北低涡暴雨个例的天气形势配置进行逐月比较,发现持续的较大范围的低涡暴雨过程与亚洲中高纬的阻塞形势、低涡的维持、西太平洋副热带高压的位置及夏季风和低纬系统的水汽输送有密切的关系.     

热带气旋"蒲公英"两次登陆过程的灾害与结构特征

2004年7月1~3日,热带气旋“蒲公英”自生成到影响浙江沿海地区期间,不仅持续时间长、强度大,移动路径长、变化较复杂,而且创下了近3年来台湾风灾损失的最高纪录,同时也给浙江等沿海地区造成了一定的经济损失。作者主要利用卫星云图资料、NCEP再分析资料,从宏观上对热带气旋“蒲公英”两次登陆过程中的强度及其引发的风雨灾害进行了分析。结果表明,“蒲公英”登陆台湾期间,东亚环流形势呈典型的鞍形场分布,有利于处于两高之间热带气旋“蒲公英”的维持和北上转向。而在其登陆浙江沿海地区后,浙江沿海地区处于较强的偏东气流中,“蒲公英”中心处于高空槽后,气流下沉以及缺少水汽和能量充沛供应使得其减弱为热带风暴。无论是其登陆台湾还是浙江沿海地区,台风垂直方向始终呈深厚气旋性涡柱结构,但中心附近低层辐散,中层辐合,不利于中心附近的对流发展。相反,台风外围螺旋云带内不仅中低层辐合,高层辐散,辐合层较深厚,且存在高湿和强上升运动,因而有利于对流云团的发展。对流云团发展强度的不同使得“蒲公英”两次登陆期间引发的风雨灾害明显不同。     

近年来强沙尘暴天气气候特征的分析研究

2000～2002年春季(3～5月)中国北方有12次强沙尘暴天气过程发生,其中11次与蒙古气旋有关.作者从干旱气候背景、环流状况、沙尘源、沙尘路径及天气系统等方面进行了分析,并集中对引发强沙尘暴的蒙古气旋进行了诊断分析.结果表明:在这3年中,春季我国北方强沙尘暴天气主要与蒙古气旋的发展移动有关,气旋冷锋后的大风是强沙尘暴天气发生的主要动力因子;蒙古国南部、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地是强沙尘暴过程的主要沙尘源地;影响我国的强沙尘暴的沙尘路径至少可分为3种类型,即偏西路径、西北路径和南疆盆地型,以西北路径居多;我国北方春季的连续干旱、气温偏高及冷空气活跃是强沙尘暴天气形成的重要气候背景.     

一个适用于我国北方的沙尘暴天气数值预测系统及其应用试验

将澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)邵亚平发展的具有清晰风蚀物理学概念的起沙数值模式、输送模式与PSU/NCAR的中尺度气象预报模式MM5进行耦合,以高精度中国区域的GIS(Geographic Information System)数据为基础,建立了一个较完整的沙尘暴起沙和输送过程的预测系统.该预测系统可以预测地面起沙率和大气中沙尘浓度.在此基础上,采用该系统对2002年3～4月3次影响我国北方大部分地区的沙尘(暴)天气的起沙和输送过程进行了模拟试验.试验结果表明模拟的沙尘浓度与地面天气现象及卫星云图的沙尘天气范围比较一致,预测系统对沙尘天气的起沙和输送过程有较好的模拟能力.北方上述大范围沙尘天气的沙尘源地为蒙古国的南戈壁省、东戈壁省,内蒙古中西部,河北省北部,山西省东北部,甘肃和青海北部等地区.起沙中贡献最大的粒子粒径为2～11μm和11～22 μm,能够长时间、长距离输送的沙尘也是上述大小的粒子,沙尘粒子的垂直输送高度一般在500 hPa以下.     

亚澳中低纬度区域暴雨天气系统研究

以跨越南北半球的亚澳季风区内的暴雨等灾害天气系统为主要讨论内容,分析了影响这一地区的环流和天气系统的主要特征以及它们之间的异同,这对深入了解该区域内季风的影响和降水系统的机理提供了帮助.同时,对于预报的改进也是有益的.     

华北地区"12·7"降雪过程的数值模拟研究

对2001年12月7日一次引发北京交通堵塞的降雪过程成因作了模拟研究.模拟结果显示PSU/NCAR的MM5有可能模拟出此次北方较弱的降雪过程,模拟的降雪量、落区以及持续时间与观测较一致.在成功模拟的基础上,利用模式输出的时空分辨率较高的资料,对此次降雪的发生、发展和水汽输送过程等进行了分析,结果表明:(1)降雪发生前对流层中层先出现饱和,而低层并未饱和,这种弱降雪的产生似乎并不需要中低层有深厚的湿层存在;(2)此次降雪是由对流层中层快速移动的短波槽和近地面出海高压后部的回流共同影响的结果,近地面的高压回流主要对增加低层的湿度有贡献,槽前的西南气流将水汽由南向北输送到华北地区,辐合引起的上升运动又将水汽输送到对流层中上层,槽前的水汽输送和辐合上升是此次降雪过程的触发机制之一;(3)华北地区大气中可降水量达到7 mm以上时,就可能有弱降雪发生,并有可能根据可降水量判断降雪的维持时间;(4)冰相云物理过程对成功地模拟降雪是不可忽视的.     

暴雨模拟中多普勒雷达径向速度变分同化的应用

针对2008年6月广东地区的一次强降雨过程,利用WRF中尺度数值模式及其三维变分同化系统(WRF-3DVAR),进行了多普勒雷达径向速度变分同化对暴雨过程模拟效果影响研究。结果表明:WRF-3DVAR能够有效地同化多普勒雷达径向速度,同化后的主要影响在于改进了初始动力场,使得初始场包含有更详尽的中尺度特征信息,进而显著提高模式对广东局地暴雨过程的模拟效果。在高分辨率中尺度数值模式中有效地利用多普勒天气雷达资料,是提高中尺度降雨预报的关键。     

20世纪90年代以来东北暴雨过程特征分析

使用1990～2005年全国730站日降水资料和NCEP格点分析资料对1990～2005年东北地区大暴雨过程进行了分类研究,探讨21世纪前后夏季东北暴雨的主要特征.按照东北地区日降雨量大于50 mm的站点数不少于5个的标准,统计出1990～2005年东北地区的69个暴雨个例(共90天).在统计的基础上,进一步对造成大范围暴雨过程的天气形势进行分类研究.考虑阻塞高压、热带、副热带系统和西风带之间的相互关系,将暴雨过程的主要影响系统大致分为6类:(1)台风与西风带系统(西风槽、东北低涡)的远距离相互作用(20个,28.9%);(2)登陆台风(或南来低涡)北上与西风带系统(西风槽、东北低涡)相互作用(16个,23.2%);(3)台风直接暴雨(1个,1.5%);(4)低槽冷锋暴雨(16个,23.2%);(5)低空切变型暴雨(2个,2.9%);(6)东北低涡暴雨(14个,20.3%).在所有个例中与台风有关的共有37个,超过一半,占总数53.6%.台风的远距离水汽输送或登陆台风北上与西风带系统相互作用是东北地区产生大暴雨或持续性大暴雨的重要环流条件.此外,东北低涡和西风槽前系统造成暴雨个例也比较多,也是东北地区大范围暴雨的重要影响系统,低槽冷锋暴雨和东北低涡暴雨也各分为4小类.低空切变暴雨的切变线一般在低层较为明显.上述分析表明,夏季东北地区暴雨过程种类繁多,情况较为复杂,且进入新世纪以来该区降雨过程较为活跃,值得深入研究.